嵌入式系统的GUI分类及介绍——面向MCU微控制器 硬件平台的GUI
嵌入式系统的GUI分类及介绍——面向MCU微控制器
硬件平台的GUI
摘要：分析嵌入式系统GUI选型时需要考虑的问题，简要介绍目前嵌入式系统使用的ToughGFX、emWin、Embedded Wizard、uGFX、LittlevGL、MiniGUI（飞漫）、AWTK（周立功）、Microwindows、OpenGUI、Qt for MCU等10款国内外的GUI。
关键字：嵌入式GUI；ToughGFX；uGFX；LittlevGL
1 GUI选型
GUI（Graphical User Interface，图形用户界面）是指采用图形方式显示的用户操作界面，小型的嵌入式系统不同于桌面级的Windows、Linux显示、也不同于移动终端（手机、平板）上的Android、IOS显示。小型嵌入式系统的GUI通常可能是定制的，要显示的内容比较有限，也没有复杂、丰富的应用。而且小型嵌入式系统的硬件平台通常是MCU（Microcontroller Unit，微控制器），显示时没有GPU、3D渲染等硬件单元，也无法运行大型操作系统，桌面级和移动端的成熟GUI无法与其适配，也无法在这类系统上运行。
笔者认为，小型嵌入式系统GUI选型时需要考虑如下几个问题：
1) 应用场景，主要需要显示什么，显示的是否复杂。
2) 与使用的操作系统的结合，移植难度。
3) 硬件平台，是否已经有现成可用的GUI与其适配。
4) GUI的开源协议，是否收费。
2 常见的嵌入式GUI
文献[1]中将GUI分为低端（ucGUI、RTThread的柿饼UI），中端（miniGUI、OPENGUI、Microwindows），高端（桌面级的QT、Android、Windows MFC）三类。查阅了这些GUI的资料[2]，简要列举如下：
1) TouchGFX
如果是ST的硬件平台，则几乎是必选它。
2) emWin、Embedded Wizard
emWin比较老，不支持复杂控件，收费；Embedded Wizard也收费。
3) ugfx，LittlevGL
uGFX完全免费，LittlevGL是开源免费(MIT许可)的GUI。
4) miniGUI（飞漫），AWTK（周立功）
这两个是国内的。
5) Microwindows，OPENGUI，Qt forMCU。
这三个感觉一版不予考虑。
2.1 TouchGFX
非开源；以界面华丽，流畅以及强劲的 TouchGFX Designer著称；界面非常炫，堪比手机的APP界面。已经被ST收购，在ST MCU、MPU上可免费使用。视频[3]展示了TouchGFX图形界面简介,Demo展示，视频[4]展示了STM32H750B Discovery Kit，运行TouchGFX Demo例程。
使用TouchGFX开发STM32界面，有两种方法。
- 一是利用TouchGFX Designer软件，支持图片和控件拖拽、可快速生成在KEIL或IAR等IDE中可打开的项目工程；
- 另一种方法是，STM32CUBEMX 5.0版本增加了对TouchGFX的支持，可以使用CubeMX开发TouchGFX应用。
笔者曾经试图将TouchGFX的闭源库，移植到其它的操作系统上，出现点问题，移植中断了，详情参见我的另外一篇随笔《TouchGFX undefined reference to `touchgfx::HAL::blockCopy(void*, void const*, unsigned int)' ——记一次arm-none-eabi-g++ 链接时找不到静态库中对应的函数，学习GNU C++的符号改编机制》 。
2.2 emWin（uCGUI，STemWin）
老牌的嵌入式 GUI 了，有着十几年的历史，软件架构和功能比较成熟了。主要是SEGGER(没错就是做仿真器的那个)来开发和维护。但是做出来比较炫的效果非常麻烦，且不支持较为复杂的控件。
ucGUI是Segger公司为Micrium公司（ucos所属公司）定制的emWin，使用的时候都需要向该公司交纳版权费。
而STemWin是Segger公司为ST公司定制的emWin；如果我们使用的ST的芯片，则可以免费使用STemWin。
2.3 Embedded Wizard
德国TARA System公司开发的一个使用舒适、灵活的嵌入式系统GUI开发工具。出现较晚，在emWin和TouchGFX之后，以华丽，流畅的界面和强劲的GUIBuilder 著称。
官方号称支持几乎任意平台。也是要收费的。
视频[5]展示了在STM32F746G-DISCO开发板上，运行基于Embedded Wizard开发的界面应用。
2.4 uGFX
界面效果不像TouchGFX那么华丽，不过功能也是简单实用。同样它也有一款不错的GUIBuilder。
值得一提的是这是一款完全免费的GUI。
视频[6]展示基于chibios和ugfx开发的示波器demo演示。
2.5 Microwindows
是一个著名的开放式源码嵌入式GUI 软件，遵循MPL协议，目的是把图形视窗环境引入到运行Linux的小型设备和平台上。
2.6 OpenGUI
OpenGUI基于一个用汇编实现的x86图形内核，提供了一个高层的C/C++图形/窗口接口。
OpenGUI比较适合于基于x86平台的实时系统，跨平台的可移植性较差，目前发展较慢。
2.7 MiniGUI
开源Linux图形用户界面支持系统，跨操作系统支持，具体包括普通嵌入式 Linux/uClinux、VxWorks、eCos、uC/OS-II、pSOS、ThreadX、Nucleus、OSE 等，同时还提供 Win32 平台上的 SDK 开发包，方便嵌入式应用程序的开发和调试。
并且非常适合 eCos/uCOS-II/ThreadX 等无文件系统支持的实时嵌入式操作系统。
2.8 AWTK
AWTK[7]是ZLG集团旗下致远电子开源的GUI引，对标QT？
视频[8]展示了AWTK的一些基本控件。
在嵌入式Linux系统上也极具优势，也能能很好的解决嵌入式Linux GUI开发的大多数痛点。也支持STM32系列[9]。
2.9 Qt for MCU
Qt for MCU 将能够在没有操作系统的设备上运行，允许开发人员在具有成本效益的单片机上创建流畅的用户界面，基于 Qt 的应用程序现在可以部署在运行传统操作系统的系统以及基于 ARM Cortex M7 的微控制器上[10]。基于 ARM Cortex M7 的微控制器上，发布了1.0，目前支持如下硬件：
- STM32F769i-DISCO，STM32F7508-DK
- I.MX RT1050-EVKB
- Renesas RH850
2.10 LittlevGL
LittlevGL是一个开源免费(MIT许可)的GUI。Flash大于64KB，RAM大于20KB的单片机都可以使用。
网址[11]和视频[12]展示了，与FreeRTOS结合，运行的一些Demo。
国内的阿里AliOS Things图形界面，也是基于LittleVGL[13]。
Zephyr OS的显示Demo，也是基于LittlevGL[14]。
参考文献
[1] 陈俊彦. 嵌入式GUI设计[EB/OL].百度文库,2019.05.28:10-11. https://wenku.baidu.com/view/3019a2a5cd7931b765ce0508763231126fdb7745.html.
[2] 21ic电子网. 工程师请进：MCU上跑的GUI，哪个最合你心意？[EB/OL].搜狐,2017.06.24. https://www.sohu.com/a/148171489_464086.
[3] 田三番. [中英字幕][STM32GUI][TouchGFX]TouchGFX图形界面简介,Demo展示[EB/OL].bili bili,2019.10.20.
https://www.bilibili.com/video/av71847495?from=search&seid=7751593998842112472.
[4] fssiiot. STM32H750B Discovery Kit 运行TouchGFX Demo例程[EB/OL]. Bili bili,2019.09.23.
https://www.bilibili.com/video/av68722775/?spm_id_from=333.788.videocard.0.
[5] 野火_firege. Embedded Wizard [J].2018.09.10.
https://www.bilibili.com/video/av31475329?from=search&seid=8773020113669252398.
[6] xxx. 基于chibios+ugfx的示波器demo演示[J].腾讯视频, 2015.11.09.
https://v.qq.com/x/page/y0172o1pymx.html .
[7] anyuliuxing. 主流嵌入式开源GUI比较（二）[EB/OL].CSDN,2019.08.24. https://blog.csdn.net/anyuliuxing/article/details/99691721.
[8] xxx. 腾讯视频, https://v.qq.com/txp/iframe/player.html?vid=n07811pocfx.
[9] 247153481. 一个新的嵌入式GUI [EB/OL].eeworld.2019.02.20.
http://bbs.eeworld.com.cn/thread-1069878-1-1.html .
[10] 许豆. 有哪些好的嵌入式操作系统界面库(GUI library)？[EB/OL]. 知乎,2019.0.01. https://www.zhihu.com/question/20751611 .
[11] 悠然伴山居. freeRTOS+littlevgl的综合demo[EB/OL].CSDN,2019.09.10. https://blog.csdn.net/duikui2371/article/details/100704602 .
[12] 悠然伴山居. 做了一个stm32+littlevgl的demo [EB/OL]. Bili bili,2019.09.09.
https://www.bilibili.com/video/av67166877/ .
[13] 阿里云物联网. AliOS Things图形界面开发指南[EB/OL]. 阿里云,2018.04.18.
https://developer.aliyun.com/article/582795.
[14] Zephyr. LittlevGL Basic Sample[EB/OL]. zephyrproject,2022.
https://docs.zephyrproject.org/latest/samples/subsys/display/lvgl/README.html?highlight=littlevgl.
